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超导性与耗散可同时存在

2014/10/9 9:04:23

  之前在明尼苏达州戈夫曼超导实验组读博士时,陈宇(音译)发明了一种制备超导纳米电路的新方法。然而,他设计的超精细锌纳米线表现出超导性和耗散的共存现象,偏离了我们一直以来的超导规律共识。

  典型的超导性和耗散被认为是独立排他存在的,其中,耗散是一种电能转化成热能的热力学特征,被认为作为超导的对立状态出现。现在加州大学圣塔芭芭拉分校就读博士后的陈宇和他的导师艾伦·M·戈夫曼,以及明尼苏达大学物理学家艾利克斯·加米涅夫花费了几年时间,经过谨慎的实验性和理论性工作,近日找到了对这种奇怪现象的合理解释:在陈宇设计的纳米线中,由电子激发产生的超导准粒子表现出一种独特的“非平衡态”。相关成果发表在近期《自然·物理》杂志上。

  据物理学家组织网报道,这种超导准粒子是由相滑移产生的。在超导状态下,当超对称流流经纳米导线,制造超导性的量子力学功能,能够将导线拧成涡旋状。随着时间的推移,涡旋的转速会越来越小直至完全消失,这种现象被称为相滑移。“我们最大的成就是制造出了比以往更小和更冷却的纳米线,”加米涅夫说,“这让超导准粒子能够更快速通过导线且避免停留,从而导致一种特殊的非热能状态,将超导材料和普通材料的特性结合了起来。”

  此外,相滑移现象还产生了此前没被发现的“工作电压平稳态”。当磁力场从通常的超导性减退态势转向工作电压平稳态,超导区域会扩大且超导性会增强,这也是从未有过的发现。“对于非常精细的纳米导线而言,这个性能出乎意料。”戈夫曼说。

  这一现象在陈宇设计的超精细超导电路中广泛存在,它在纳米元素和导线之间,建立了一种较为理想的关联。纳米尺度的超导电路将成为超导计算机系统的关键组件。

  “我们的发现证明,超导纳米导线更适合考察非平衡态的量子现象。”陈宇总结道。戈夫曼说:“当然,我们需要进一步探索纳米导线产生非平衡态的具体参数。同时我们也需要测试不同长度和不同材料导线的表现,以便将来定义各种参数。”

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